Хемиски својства ал. Хемиски и физички својства на алуминиумот

Овој лесен метал со сребрено-бела нијанса се наоѓа речиси насекаде во современиот живот. Физичките и хемиските својства на алуминиумот овозможуваат широка употреба во индустријата. Најпознати наоѓалишта се во Африка, Јужна Америка и Карибите. Во Русија, локациите за ископ на боксит се наоѓаат на Урал. Светски лидери во производството на алуминиум се Кина, Русија, Канада и САД.

Ал рударството

Во природата, овој сребрен метал, поради неговата висока хемиска активност, се наоѓа само во форма на соединенија. Најпознатите геолошки карпи кои содржат алуминиум се боксит, алуминиум, корунд и фелдспат. Бокситот и алумината се од индустриско значење; токму депозитите на овие руди овозможуваат екстракција на алуминиум во чиста форма.

Својства

Физичките својства на алуминиумот го олеснуваат исцртувањето на празнините од овој метал во жица и валањето во тенки листови. Овој метал не е издржлив; за да се зголеми овој индикатор за време на топењето, тој се легира со разни адитиви: бакар, силициум, магнезиум, манган, цинк. За индустриски цели, важно е уште едно физичко својство на алуминиумот - неговата способност брзо да оксидира во воздухот. Површината на алуминиумски производ во природни услови обично е покриена со тенок оксид филм, кој ефикасно го штити металот и ја спречува неговата корозија. Кога овој филм е уништен, сребрениот метал брзо се оксидира, а неговата температура значително се зголемува.

Внатрешна структура на алуминиум

Физичките и хемиските својства на алуминиумот во голема мера зависат од неговата внатрешна структура. Кристалната решетка на овој елемент е тип на коцка во центарот на лицето.

Овој тип на решетки е својствен за многу метали, како што се бакар, бром, сребро, злато, кобалт и други. Високата топлинска спроводливост и способноста за спроведување на струја го направија овој метал еден од најпопуларните во светот. Останатите физички својства на алуминиумот, чија табела е претставена подолу, целосно ги откриваат неговите својства и го прикажуваат обемот на нивната примена.

Легура на алуминиум

Физичките својства на бакарот и алуминиумот се такви што кога одредена количина бакар се додава на алуминиумска легура, нејзината кристална решетка се искривува, а јачината на самата легура се зголемува. Легирањето на лесните легури се заснова на ова својство на Al за зголемување на нивната сила и отпорност на агресивни средини.

Објаснувањето за процесот на стврднување лежи во однесувањето на атомите на бакар во алуминиумската кристална решетка. Cu честичките имаат тенденција да паѓаат од ал кристалната решетка и се групирани во нејзините посебни области.

Онаму каде што атомите на бакар формираат кластери, се формира кристална решетка од мешан тип CuAl 2, во која честичките од сребро метал се истовремено вклучени и во општата алуминиумска кристална решетка и во мешаниот тип на решетка од CuAl 2. Силите на внатрешните врски во искривена решетка се многу поголеми од вообичаените. Ова значи дека јачината на новоформираната супстанција е многу поголема.

Хемиски својства

Познато е интеракцијата на алуминиумот со разредена сулфурна и хлороводородна киселина. Кога се загрева, овој метал лесно се раствора во нив. Ладно концентрирана или високо разредена азотна киселина не го раствора овој елемент. Водните раствори на алкали активно влијаат на супстанцијата, при реакцијата се формираат алуминати - соли кои содржат алуминиумски јони. На пример:

Al 2 O 3 +3H2O+2NaOH=2Na

Добиеното соединение се нарекува натриум тетрахидроксоалуминат.

Тенок филм на површината на алуминиумските производи го штити овој метал не само од воздух, туку и од вода. Ако оваа тенка бариера се отстрани, елементот насилно ќе комуницира со водата, ослободувајќи водород од неа.

2AL+6H 2 O= 2 AL (OH) 3 +3H 2

Добиената супстанција се нарекува алуминиум хидроксид.

AL (OH) 3 реагира со алкали, формирајќи хидроксоалуминат кристали:

Al(OH) 2 +NaOH=2Na

Ако оваа хемиска равенка се додаде на претходната, ја добиваме формулата за растворање на елемент во алкален раствор.

Al(OH) 3 +2NaOH+6H 2 O=2Na +3H 2

Горење на алуминиум

Физичките својства на алуминиумот му овозможуваат да реагира со кислород. Ако прашокот од оваа метална или алуминиумска фолија се загрее, се разгорува и гори со бел, заслепувачки пламен. На крајот од реакцијата се формира алуминиум оксид Al 2 O 3.

Алумина

Добиениот алуминиум оксид го има геолошкото име алумина. Во природни услови се јавува во форма на корунд - тврди проѕирни кристали. Корундот е многу тврд, со оценка за цврстина од 9. Самиот корунд е безбоен, но разни нечистотии можат да го претворат во црвено и сино, што резултира со скапоцени камења познати во накитот како рубини и сафири.

Физичките својства на алуминиум оксидот овозможуваат овие скапоцени камења да се одгледуваат во вештачки услови. Индустриските скапоцени камења не се користат само за накит, тие се користат во изработка на прецизни инструменти, изработка на часовници и други работи. Вештачките рубин кристали се исто така широко користени во ласерски уреди.

Ситнозрнеста сорта на корунд со голем број нечистотии, нанесена на посебна површина, на сите им е позната како шмиргла. Физичките својства на алуминиум оксидот ги објаснуваат високите абразивни својства на корундот, како и неговата цврстина и отпорност на триење.

Алуминиум хидроксид

Al 2 (OH) 3 е типичен амфотеричен хидроксид. Во комбинација со киселина, оваа супстанца формира сол што содржи позитивно наелектризирани јони на алуминиум, а во алкалите формира алуминати. Амфотерната природа на супстанцијата се манифестира во фактот дека таа може да се однесува и како киселина и како алкали. Ова соединение може да постои и во желе и во цврста форма.

Практично е нерастворлив во вода, но реагира со повеќето активни киселини и алкалии. Физичките својства на алуминиум хидроксид се користат во медицината, тој е популарно и безбедно средство за намалување на киселоста во телото, се користи за гастритис, дуоденитис и чиреви. Во индустријата, Al 2 (OH) 3 се користи како адсорбент, тој совршено ја прочистува водата и ги таложи штетните елементи растворени во неа.

Индустриска употреба

Алуминиумот е откриен во 1825 година. Отпрвин, овој метал беше ценет повисоко од златото и среброто. Ова се објаснуваше со тешкотијата да се извлече од рудата. Физичките својства на алуминиумот и неговата способност брзо да формира заштитна фолија на неговата површина го отежнуваат проучувањето на овој елемент. Само на крајот на 19 век беше откриен пригоден метод за топење на чист елемент погоден за употреба во индустриски размери.

Леснотијата и способноста да се спротивстави на корозија се уникатните физички својства на алуминиумот. Легурите на овој сребрен метал се користат во ракетирање, автомобили, бродови, авиони и инструменти, како и во производството на прибор за јадење и прибор за јадење.

Како чист метал, Al се користи во производството на делови за хемиска опрема, електрични жици и кондензатори. Физичките својства на алуминиумот се такви што неговата електрична спроводливост не е толку висока како онаа на бакарот, но овој недостаток се компензира со леснотијата на предметниот метал, што овозможува да се направат алуминиумските жици подебели. Значи, со иста електрична спроводливост, алуминиумската жица тежи половина од бакарната жица.

Не помалку важна е употребата на Al во процесот на алуминизирање. Така се нарекува реакцијата на заситување на површината на производот од леано железо или челик со алуминиум со цел да се заштити основниот метал од корозија при загревање.

Во моментов, познатите резерви на алуминиумски руди се сосема споредливи со потребите на луѓето за овој сребрен метал. Физичките својства на алуминиумот сè уште можат да предизвикаат многу изненадувања за неговите истражувачи, а опсегот на примена на овој метал е многу поширок отколку што може да се замисли.

Алуминиум- елемент од главната подгрупа од третата група од третиот период на периодичниот систем на хемиски елементи на Д.И.Менделеев, атомски број 13. Означено со симболот Al (Алуминиум). Припаѓа на групата лесни метали. Најчестиот метал и трет најзастапен (по кислородот и силициумот) хемиски елемент во земјината кора.

Едноставната супстанција алуминиум (CAS број: 7429-90-5) е лесен, парамагнетски сребрено-бел метал кој лесно може да се формира, лие и обработува. Алуминиумот има висока топлинска и електрична спроводливост и отпорност на корозија поради брзото формирање на силни оксидни филмови кои ја штитат површината од понатамошна интеракција.

Според некои биолошки студии, внесувањето на алуминиум во човечкото тело се сметало за фактор за развој на Алцхајмеровата болест, но овие студии подоцна биле критикувани и заклучокот за поврзаноста меѓу едното и другото бил побиен.

Приказна

Алуминиумот првпат бил добиен од Ханс Оерстед во 1825 година со дејство на калиум амалгам на алуминиум хлорид проследено со дестилација на жива.

Потврда

Современиот метод на производство е развиен независно од Американецот Чарлс Хол и Французинот Пол Ерол. Се состои од растворање на алуминиум оксид Al 2 O 3 во топење на криолит Na 3 AlF 6 проследено со електролиза со помош на графитни електроди. Овој метод на производство бара многу електрична енергија и затоа стана популарен дури во 20 век.

За производство на 1 тон суров алуминиум, потребни се 1.920 тони алумина, 0.065 тони криолит, 0.035 тони алуминиум флуорид, 0.600 тони анодна маса и 17 илјади kWh DC електрична енергија.

Физички својства

Металот е сребрено-бел по боја, светлина, густина - 2,7 g/cm³, точка на топење за технички алуминиум - 658 °C, за алуминиум со висока чистота - 660 °C, специфична топлина на фузија - 390 kJ/kg, точка на вриење - 2500 ° C, специфична топлина на испарување - 10,53 MJ/kg, привремена отпорност на лиен алуминиум - 10-12 kg/mm², деформабилна - 18-25 kg/mm², легури - 38-42 kg/mm².

Тврдоста на Бринел е 24-32 kgf/mm², висока еластичност: техничка - 35%, чиста - 50%, валани во тенки листови, па дури и фолија.

Алуминиумот има висока електрична и топлинска спроводливост, 65% од електричната спроводливост на бакарот и има висока рефлексивност на светлината.

Алуминиумот формира легури со речиси сите метали.

Да се ​​биде во природа

Природниот алуминиум речиси целосно се состои од еден стабилен изотоп, 27Al, со траги од 26Al, радиоактивен изотоп со полуживот од 720.000 години произведен во атмосферата со бомбардирање на јадра. аргонпротони на космичкиот зрак.

Во однос на распространетоста во природата, тој е рангиран на прво место меѓу металите и на трето место меѓу елементите, второ само по кислородот и силициумот. Процентот на содржината на алуминиум во земјината кора, според различни истражувачи, се движи од 7,45 до 8,14% од масата на земјината кора.

Во природата, алуминиумот се наоѓа само во соединенија (минерали). Некои од нив:

• Боксит - Al 2 O 3. H 2 O (со нечистотии SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Нефелини - KNa 3 4
• Алунити - KAl(SO 4) 2. 2Al(OH) 3
• Алумина (мешавини на каолини со песок SiO 2, варовник CaCO 3, магнезит MgCO 3)
• Корунд - Al 2 O 3
• Фелдспат (ортоклаза) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6 SiO 2
• Каолинит - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Алунит - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3
• Берил - 3BeO. Ал 2 О 3 . 6SiO2

Природните води содржат алуминиум во форма на ниско-токсични хемиски соединенија, на пример, алуминиум флуорид. Типот на катјон или анјон зависи, пред сè, од киселоста на водната средина. Концентрациите на алуминиум во површинските водни тела во Русија се движат од 0,001 до 10 mg/l.

Хемиски својства

Алуминиум хидроксид

Во нормални услови, алуминиумот е покриен со тенок и издржлив оксиден филм и затоа не реагира со класичните оксидирачки агенси: со H 2 O (t°); O 2, HNO 3 (без загревање). Благодарение на ова, алуминиумот практично не е подложен на корозија и затоа е широко баран во модерната индустрија. Меѓутоа, кога оксидната фолија е уништена (на пример, при контакт со раствори на соли на амониум NH 4 +, топли алкали или како резултат на соединување), алуминиумот делува како активен редуцирачки метал.

Лесно реагира со едноставни супстанции:

• со кислород: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• со халогени: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• реагира со други неметали кога се загрева:
  • со сулфур, формирајќи алуминиум сулфид: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • со азот, формирајќи алуминиум нитрид: 2Al + N 2 = 2AlN
  • со јаглерод, формирајќи алуминиум карбид: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Методот, измислен речиси истовремено од Чарлс Хол во Франција и Пол Еру во САД во 1886 година и врз основа на производство на алуминиум со електролиза на алумина растворена во стопен криолит, ја постави основата за современиот метод на производство на алуминиум. Оттогаш, поради подобрувањата во електротехниката, производството на алуминиум е подобрено. Забележителен придонес во развојот на производството на алумина дадоа руските научници К. И. Баер, Д. А. Пењаков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковски, А. А. Јаковкин и други.

Првата фабрика за алуминиум во Русија била изградена во 1932 година во Волхов. Металуршката индустрија на СССР во 1939 година произведе 47,7 илјади тони алуминиум, увезени се уште 2,2 илјади тони.

Во Русија, де факто монопол во производството на алуминиум е Руски Алуминиум ОЈСЦ, кој сочинува околу 13% од светскиот пазар на алуминиум и 16% од алумина.

Светските резерви на боксит се практично неограничени, односно се непропорционални со динамиката на побарувачката. Постојните капацитети можат да произведат до 44,3 милиони тони примарен алуминиум годишно. Исто така, треба да се земе предвид дека во иднина некои од апликациите на алуминиумот може да се преориентираат на употреба на, на пример, композитни материјали.

Апликација

Парче алуминиум и американска паричка.

Широко се користи како градежен материјал. Главните предности на алуминиумот во овој квалитет се леснотија, податливост за печат, отпорност на корозија (во воздухот, алуминиумот веднаш се покрива со издржлив филм од Al 2 O 3, што ја спречува неговата понатамошна оксидација), висока топлинска спроводливост и нетоксичност. од неговите соединенија. Особено, овие својства го направија алуминиумот исклучително популарен во производството на садови за готвење, алуминиумска фолија во прехранбената индустрија и за пакување.

Главниот недостаток на алуминиумот како структурен материјал е неговата мала цврстина, па затоа обично се легира со мала количина бакар и магнезиум - легура на дуралумин.

Електричната спроводливост на алуминиумот е само 1,7 пати помала од онаа на бакарот, додека алуминиумот е приближно 2 пати поевтин. Затоа, широко се користи во електротехниката за производство на жици, нивно заштитување, па дури и во микроелектрониката за производство на проводници во чипови. Пониската електрична спроводливост на алуминиумот (37 1/ohm) во споредба со бакарот (63 1/ohm) се компензира со зголемување на пресекот на алуминиумските проводници. Недостаток на алуминиумот како електричен материјал е неговата силна оксидна фолија, што го отежнува лемењето.

• Поради својот комплекс на својства, широко се користи во опремата за греење.
• Алуминиумот и неговите легури ја задржуваат силата на ултра ниски температури. Поради ова, широко се користи во криогената технологија.
• Високата рефлексивност, во комбинација со ниската цена и леснотијата на таложење, го прави алуминиумот идеален материјал за правење огледала.
• Во производството на градежни материјали како средство за формирање гас.
• Алуминизирањето дава отпорност на корозија и бигор на челик и други легури, како што се клипните вентили на моторот со внатрешно согорување, лопатките на турбината, платформите за масло, опремата за размена на топлина, а исто така го заменува и галванизирањето.
• Алуминиум сулфид се користи за производство на водород сулфид.
• Во тек е истражување за да се развие пенлив алуминиум како особено силен и лесен материјал.

Како средство за намалување

• Како компонента на термит, мешавини за алуминотермија
• Алуминиумот се користи за враќање на ретки метали од нивните оксиди или халиди.

Алуминиумски легури

Структурниот материјал што обично се користи не е чист алуминиум, туку разни легури врз основа на него.

— Алуминиум-магнезиумските легури имаат висока отпорност на корозија и се добро заварени; Тие се користат, на пример, за изработка на трупови на бродови со голема брзина.

- Легурите од алуминиум-манган се на многу начини слични на легурите на алуминиум-магнезиум.

- Легурите од алуминиум-бакар (особено, дуралумин) можат да бидат подложени на термичка обработка, што во голема мера ја зголемува нивната цврстина. За жал, термички обработените материјали не можат да се заваруваат, па деловите на авионите сè уште се поврзани со нитни. Легурата со поголема содржина на бакар е многу слична по боја со златото, а понекогаш се користи за да се имитира второто.

— Алуминиум-силициумските легури (силумини) се најпогодни за лиење. Од нив често се фрлаат случаи на различни механизми.

— Комплексни легури базирани на алуминиум: птичји.

— Алуминиумот оди во суперспроводлива состојба на температура од 1,2 Келвини.

Алуминиум како додаток на други легури

Алуминиумот е важна компонента на многу легури. На пример, во алуминиумските бронзи главните компоненти се бакар и алуминиум. Во легурите на магнезиум, алуминиумот најчесто се користи како додаток. За производство на спирали во електрични уреди за греење, се користи фехрал (Fe, Cr, Al) (заедно со други легури).

Накит

Кога алуминиумот беше многу скап, од него се правеше разновиден накит. Модата кај нив веднаш помина кога се појавија нови технологии за негово производство, кои многукратно ги намалија трошоците. Во денешно време, алуминиумот понекогаш се користи во производството на костим накит.

Изработка на стакло

Во производството на стакло се користат флуорид, фосфат и алуминиум оксид.

Прехранбената индустрија

Алуминиумот е регистриран како додаток на храна E173.

Алуминиум и неговите соединенија во ракетната технологија

Алуминиумот и неговите соединенија се користат како високо ефикасно погонско гориво во ракетни погони со две погонски и како запалива компонента во цврсти ракетни погони. Следниве алуминиумски соединенија се од најголем практичен интерес како ракетно гориво:

— Алуминиум: гориво во ракетни горива. Се користи во форма на прав и суспензии во јаглеводороди итн.
- Алуминиум хидрид
- Алуминиум боранат
- Триметиалуминиум
- Триетиалуминиум
- Трипропилауминиум

Теоретски карактеристики на горивата формирани од алуминиум хидрид со различни оксидатори.

Алуминиумот во светската култура

Поетот Андреј Вознесенски ја напишал песната „Есен“ во 1959 година, во која користел алуминиум како уметничка слика:
...И зад прозорецот во младиот мраз
има полиња со алуминиум...

Виктор Цои ја напиша песната „Алуминумски краставици“ со хорот:
Садење алуминиумски краставици
На поле со церада
Јас засадувам алуминиумски краставици
На поле со церада

Токсичност

Има благо токсично дејство, но многу неоргански алуминиумски соединенија растворливи во вода остануваат во растворена состојба долго време и можат да имаат штетно влијание врз луѓето и топлокрвните животни преку водата за пиење. Најтоксични се хлоридите, нитратите, ацетатите, сулфатите итн. За луѓето, следните дози на алуминиумски соединенија (mg/kg телесна тежина) имаат токсичен ефект при внесување: алуминиум ацетат - 0,2-0,4; алуминиум хидроксид - 3,7-7,3; алуминиумски стипса - 2,9. Првенствено влијае на нервниот систем (се акумулира во нервното ткиво, што доведува до тешки нарушувања на централниот нервен систем). Сепак, невротоксичноста на алуминиумот се проучува од средината на 1960-тите, бидејќи акумулацијата на металот во човечкото тело е спречена со механизмот за елиминација. Во нормални услови, до 15 mg од елементот дневно може да се излачува во урината. Соодветно на тоа, најголем негативен ефект е забележан кај луѓе со нарушена бубрежна екскреторна функција.

дополнителни информации

- Алуминиум хидроксид
- Енциклопедија за алуминиум
— Алуминиумски врски
- Меѓународен институт за алуминиум

Алуминиум, алуминиум, Ал (13)

Врзива кои содржат алуминиум се познати уште од античко време. Како и да е, стипсата (латински Alumen или Alumin, германски Alaun), која е спомната, особено, од Плиниј, во античко време и во средниот век се сфаќала како различни супстанции. Во Руландовиот алхемиски речник, зборот Алумен, со додавање на различни дефиниции, е даден во 34 значења. Конкретно значеше антимон, Alumen alafuri - алкална сол, Alumen Alcori - нитрум или алкална стипса, Alumen creptum - забен камен (забен камен) од добро вино, Alumen fascioli - алкали, Alumen odig - амонијак, Alumen scoriole - гипс итн. , авторот на познатиот „Речник на едноставни фармацевтски производи“ (1716), обезбедува и голема листа на сорти на стипса.

До 18 век алуминиумските соединенија (стипса и оксид) не можеа да се разликуваат од другите соединенија слични по изглед. Лемери го опишува стипсата на следниов начин: „Во 1754 година р. Маргграф изолирал од раствор од стипса (со дејство на алкали) талог од алуминиум оксид, кој го нарекол „стипса земја“ (Alaunerde) и ја утврдил неговата разлика од другите земји. Наскоро стипса земјата го доби името алумина (Алумина или Алумина). Во 1782 година, Лавоазие ја изразил идејата дека алуминиумот е оксид на непознат елемент. Во својата Табела на едноставни тела, Лавоазие го сместил Алуминот меѓу „едноставните тела, земјени што формираат сол“. Еве синоними за името алумина: аргиле, стипса. земја, основа на стипса. Зборот аргила или аргила, како што истакнува Лемери во неговиот речник, доаѓа од грчкиот јазик. грнчарска глина. Далтон во својот „Нов систем на хемиска филозофија“ дава посебен знак за алуминиум и дава сложена структурна (!) формула за стипса.

По откривањето на алкалните метали користејќи галвански електрицитет, Дејви и Берзелиус неуспешно се обиделе да изолираат метален алуминиум од алумина на ист начин. Само во 1825 година проблемот бил решен од данскиот физичар Оерстед користејќи хемиски метод. Тој помина хлор низ топла мешавина од алуминиум и јаглен, а добиениот безводен алуминиум хлорид беше загреан со калиум амалгам. По испарувањето на живата, пишува Оерстед, се добил метал сличен по изглед на калај. Конечно, во 1827 година, Wöhler изолирал алуминиум метал на поефикасен начин - со загревање на безводен алуминиум хлорид со калиум метал.

Околу 1807 година, Дејви, кој се обидувал да изврши електролиза на алумина, го дал името на металот што треба да го содржи алуминиум (Алуминиум) или алуминиум (Алумина). Последното име оттогаш стана вообичаено во САД, додека во Англија и други земји беше усвоено името Алуминиум, подоцна предложено од истиот Дејви. Сосема е јасно дека сите овие имиња потекнуваат од латинскиот збор alum (Alumen), за чие потекло постојат различни мислења, врз основа на доказите на различни автори, кои датираат уште од антиката.

А. М. Василиев, забележувајќи го нејасното потекло на овој збор, го наведува мислењето на извесен Исидор (очигледно Исидор Севилски, епископ кој живеел во 560 - 636 година, енциклопедист кој се занимавал, особено, со етимолошки истражувања): „Алумен е наречен лумен, па како им дава лумен (светлина, осветленост) на боите кога се додаваат за време на боење“. Меѓутоа, ова објаснување, иако многу старо, не докажува дека зборот алумен има токму такво потекло. Овде, сосема е веројатна само случајна тавтологија. Лемери (1716) пак истакнува дека зборот алумен е поврзан со грчкиот (халми), што значи соленост, саламура, саламура итн.

Руски имиња за алуминиум во првите децении на 19 век. доста разновидна. Секој од авторите на книгите за хемија од овој период очигледно се обидел да предложи свој наслов. Така, Захаров го нарекува алуминиум алумина (1810), Гизе - алуминиум (1813), Страхов - стипса (1825), Јовски - глина, Шчеглов - алумина (1830). Во продавницата Dvigubsky (1822 - 1830), алумината се нарекува алуминиум, алуминиум, алуминиум (на пример, алумина од фосфорна киселина), а металот се нарекува алуминиум и алуминиум (1824). Хес во првото издание на „Основи на чиста хемија“ (1831) го користи името алумина (Алумина), а во петтото издание (1840) - глина. Сепак, тој формира имиња за соли врз основа на терминот алумина, на пример, алумина сулфат. Менделеев во првото издание на „Основи на хемијата“ (1871) ги користи имињата алуминиум и глина, а во следните изданија зборот глина повеќе не се појавува.

(A l), галиум (Ga), индиум (In) и талиум (T l).

Како што може да се види од горенаведените податоци, сите овие елементи се откриени во XIX век.

Откривање на метали од главната подгрупа III групи

Борот е неметал. Алуминиумот е преоден метал, додека галиумот, индиумот и талиумот се полноправни метали. Така, со зголемување на радиусите на атомите на елементите на секоја група од периодниот систем, металните својства на едноставните супстанции се зголемуваат.

Во ова предавање подетално ќе ги разгледаме својствата на алуминиумот.

1. Позицијата на алуминиумот во табелата на Д.И. Менделеев. Атомска структура, изложени состојби на оксидација.

Алуминиумскиот елемент се наоѓа во III група, главна подгрупа „А“, 3-ти период од периодичниот систем, сериски број бр. 13, релативна атомска масаАр(Ал ) = 27. Неговиот сосед лево во табелата е магнезиум, типичен метал, а десно силициум, неметал. Следствено, алуминиумот мора да покажува својства од некоја средна природа и неговите соединенија се амфотерични.

Al +13) 2) 8) 3, p – елемент,

Алуминиумот покажува состојба на оксидација од +3 во соединенијата:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Физички својства

Алуминиумот во својата слободна форма е сребрено-бел метал со висока топлинска и електрична спроводливост.Точка на топење 650 o C. Алуминиумот има мала густина (2,7 g/cm 3) - околу три пати помала од онаа на железо или бакар, а во исто време е и издржлив метал.

3. Да се ​​биде во природа

Во однос на распространетоста во природата, се рангира 1-ви меѓу металите и трето меѓу елементите, втор само по кислородот и силициумот. Процентот на содржината на алуминиум во земјината кора, според различни истражувачи, се движи од 7,45 до 8,14% од масата на земјината кора.

Во природата, алуминиумот се јавува само во соединенија (минерали).

Некои од нив:

· Боксит - Al 2 O 3 H 2 O (со нечистотии на SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Нефелини - KNa 3 4

· Алунити - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Алумина (мешавини на каолини со песок SiO 2, варовник CaCO 3, магнезит MgCO 3)

· Корунд - Al 2 O 3

· Фелдспат (ортоклаза) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6 SiO 2

· Каолинит - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

· Алунит - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3

· Берил - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Хемиски својства на алуминиум и неговите соединенија

Алуминиумот лесно реагира со кислород во нормални услови и е обложен со оксидна фолија (што му дава мат изглед).

ДЕМОНСТРАЦИЈА НА ФИЛМ ОКСИД

Неговата дебелина е 0,00001 mm, но благодарение на неа, алуминиумот не кородира. За да се проучат хемиските својства на алуминиумот, оксидниот филм се отстранува. (Користење шкурка, или хемиски: прво потопете го во алкален раствор за да се отстрани оксидната фолија, а потоа во раствор од жива соли за да се формира легура на алуминиум со жива - амалгам).

Јас. Интеракција со едноставни супстанции

Веќе на собна температура, алуминиумот активно реагира со сите халогени, формирајќи халиди. Кога се загрева, тој реагира со сулфур (200 °C), азот (800 °C), фосфор (500 °C) и јаглерод (2000 °C), со јод во присуство на катализатор - вода:

2A l + 3 S = A l 2 S 3 (алуминиум сулфид),

2A l + N 2 = 2A lN (алуминиум нитрид),

A l + P = A l P (алуминиум фосфид),

4A l + 3C = A l 4 C 3 (алуминиум карбид).

2 Al +3 I 2 =2 Ал I 3 (алуминиум јодид) ИСКУСТВО

Сите овие соединенија се целосно хидролизирани за да формираат алуминиум хидроксид и, соодветно, водород сулфид, амонијак, фосфин и метан:

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

Во форма на струготини или прав, светло гори во воздухот, ослободувајќи голема количина топлина:

4A l + 3 O 2 = 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

СОГОРУВАЊЕ НА АЛУМИНИУМ ВО ВОЗДУХ

ИСКУСТВО

II. Интеракција со сложени супстанции

Интеракција со вода :

2 Al + 6 H 2 O=2 Al (OH) 3 +3 H 2

без оксиден филм

ИСКУСТВО

Интеракција со метални оксиди:

Алуминиумот е добро средство за намалување, бидејќи е еден од активните метали. Се рангира во сериите на активности веднаш по металите на алкалните земји. Затоа ги обновува металите од нивните оксиди . Оваа реакција, алуминотермија, се користи за производство на чисти ретки метали, како што се волфрам, ванадиум итн.

3 Fe 3 O 4 +8 Al =4 Al 2 O 3 +9 Fe +П

Термитската мешавина од Fe 3 O 4 и Al (прав) се користи и во заварувањето со термит.

C r 2 O 3 + 2A l = 2C r + A l 2 O 3

Интеракција со киселини :

Со раствор на сулфурна киселина: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Не реагира со ладно концентриран сулфур и азот (пасивира). Затоа, азотна киселина се транспортира во алуминиумски резервоари. Кога се загрева, алуминиумот може да ги намали овие киселини без да ослободува водород:

2A l + 6H 2 S O 4 (конц) = A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A l + 6H NO 3 (конц) = A l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Интеракција со алкалии .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na [ Al(OH)4 ] +3 H 2

ИСКУСТВО

Na[Ал(OH) 4 ] – натриум тетрахидроксиалуминат

На предлог на хемичарот Горбов, за време на Руско-јапонската војна оваа реакција беше искористена за производство на водород за балони.

Со солени раствори:

2 Al + 3 CuSO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 Cu

Ако површината на алуминиумот се трие со жива сол, се јавува следната реакција:

2 Ал + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Хг

Ослободената жива раствора алуминиум, формирајќи амалгам .

Откривање на алуминиумски јони во раствори : ИСКУСТВО

5. Примена на алуминиум и неговите соединенија

Физичките и хемиските својства на алуминиумот доведоа до негова широка употреба во технологијата. Воздухопловната индустрија е главен потрошувач на алуминиум: 2/3 од авионот се состои од алуминиум и неговите легури. Челичниот авион би бил премногу тежок и би можел да превезува многу помалку патници. Затоа алуминиумот се нарекува крилест метал. Каблите и жиците се направени од алуминиум: со иста електрична спроводливост, нивната маса е 2 пати помала од соодветните бакарни производи.

Со оглед на отпорноста на корозија на алуминиумот, тоа е производство на машински делови и контејнери за азотна киселина. Алуминиумскиот прав е основа за производство на сребрена боја за заштита на производите од железо од корозија и за рефлексија на топлинските зраци, таквата боја се користи за покривање на резервоари за складирање масло и пожарникари.

Алуминиум оксид се користи за производство на алуминиум, а исто така и како огноотпорен материјал.

Алуминиум хидроксид е главната компонента на добро познатите лекови Маалокс и Алмагел, кои ја намалуваат киселоста на желудечниот сок.

Алуминиумските соли се високо хидролизирани. Овој имот се користи во процесот на прочистување на водата. Алуминиум сулфат и мала количина гасена вар се додаваат во водата за да се прочисти за да се неутрализира добиената киселина. Како резултат на тоа, се ослободува обемен талог од алуминиум хидроксид, кој, таложејќи се, носи со себе суспендирани честички на заматеност и бактерии.

Така, алуминиум сулфат е коагулант.

6. Производство на алуминиум

1) Модерен, економичен метод за производство на алуминиум бил измислен од Американската сала и Французинот Херол во 1886 година. Тоа вклучува електролиза на раствор од алуминиум оксид во стопен криолит. Растопен криолит Na 3 AlF 6 го раствора Al 2 O 3, исто како што водата растворува шеќер. Електролизата на „раствор“ на алуминиум оксид во стопениот криолит се случува како криолитот да е само растворувач, а алуминиум оксидот електролит.

2Al 2 O 3 електрична струја → 4Al + 3O 2

Во англиската „Енциклопедија за момчиња и девојчиња“, статија за алуминиум започнува со следниве зборови: „На 23 февруари 1886 година започна ново метално доба во историјата на цивилизацијата - ерата на алуминиумот. На денешен ден, Чарлс Хол, 22-годишен хемичар, влезе во својата прва учителска лабораторија со десетина мали топчиња од сребрено-бел алуминиум во раката и со веста дека нашол начин да го направи металот евтино и во големи количини“. Така, Хол стана основач на американската алуминиумска индустрија и англосаксонски национален херој, како човек кој ја претвори науката во голем бизнис.

2) 2Al 2 O 3 +3 C=4 Al+3 CO 2

ОВА Е ИНТЕРЕСНО:

• Металот од алуминиум првпат бил изолиран во 1825 година од данскиот физичар Ханс Кристијан Оерстед. Со поминување на гасот хлор низ слој од врел алуминиум оксид измешан со јаглен, Оерстед изолирал алуминиум хлорид без најмала трага на влага. За да го врати металниот алуминиум, на Оерстед му требаше да го третира алуминиум хлоридот со калиум амалгам. 2 години подоцна, германскиот хемичар Фридрих Волер. Тој го подобри методот со замена на калиумовиот амалгам со чист калиум.
• Во 18 и 19 век, алуминиумот бил главниот метал за накит. Во 1889 година, Д.И. Менделеев во Лондон беше награден со вреден подарок за неговите услуги во развојот на хемијата - ваги направени од злато и алуминиум.
• До 1855 година, францускиот научник Сен-Клер Девил развил метод за производство на алуминиумски метал на техничка скала. Но, методот беше многу скап. Девил уживал во специјалното покровителство на Наполеон III, императорот на Франција. Во знак на својата посветеност и благодарност, Девил за синот на Наполеон, новородениот принц, направи елегантно врежан штракаат - првиот „потрошувачки производ“ направен од алуминиум. Наполеон дури имал намера да ги опреми своите чувари со алуминиумски кујни, но цената се покажа како огромна. Тогаш 1 кг алуминиум чинеше 1000 марки т.е. 5 пати поскапо од среброто. Само по пронаоѓањето на електролитски процес, алуминиумот стана еднаков по вредност на обичните метали.
• Дали знаевте дека алуминиумот кога ќе влезе во човечкото тело предизвикува пореметување на нервниот систем.Кога е во вишок се нарушува метаболизмот. А заштитни средства се витамин Ц, соединенија на калциум и цинк.
• Кога алуминиумот гори во кислород и флуор, се ослободува многу топлина. Затоа, се користи како додаток на ракетното гориво. Ракетата Сатурн за време на својот лет согорува 36 тони алуминиумски прав. Идејата за користење метали како компонента на ракетното гориво за првпат беше предложена од Ф. А. Зандер.

ВЕЖБИ

Симулатор бр. 1 - Карактеристики на алуминиумот по позиција во периодниот систем на елементи на Д. И. Менделеев

Симулатор бр. 2 - Равенки на реакции на алуминиум со едноставни и сложени супстанции

Симулатор бр. 3 - Хемиски својства на алуминиум

ЗАДАЧИ ЗА ДОДЕЛУВАЊЕ

бр.1. За да се добие алуминиум од алуминиум хлорид, калциум метал може да се користи како редукционо средство. Напишете равенка за оваа хемиска реакција и карактеризирајте го овој процес користејќи електронска рамнотежа.
Размислете! Зошто оваа реакција не може да се изврши во воден раствор?

бр.2. Пополнете ги равенките на хемиските реакции:
Al + H 2 SO 4 (раствор ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO3 (конц. ) - т ->
Al + NaOH + H 2 O ->

бр. 3. Изведете ги трансформациите:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

бр. 4. Реши го проблемот:
Легура од алуминиум-бакар беше изложена на вишок на концентриран раствор на натриум хидроксид додека се загреваше. Испуштени се 2,24 литри плин (н.о.). Пресметај го процентуалниот состав на легурата ако нејзината вкупна маса е 10 g?

Околу 1807 година, Дејви, кој се обидувал да изврши електролиза на алумина, го дал името на металот што треба да го содржи, Алумиум. Алуминиумот првпат бил добиен од Ханс Оерстед во 1825 година со дејство на калиум амалгам на алуминиум хлорид проследено со дестилација на жива. Во 1827 година, Wöhler изолирал алуминиум метал на поефикасен начин - со загревање на безводен алуминиум хлорид со калиум метал.

Да се ​​биде во природа, да се прима:

Во однос на распространетоста во природата, тој е рангиран на прво место меѓу металите и на трето место меѓу елементите, второ само по кислородот и силициумот. Содржината на алуминиум во земјината кора, според различни истражувачи, се движи од 7,45% до 8,14% од масата на земјината кора. Во природата, алуминиумот се наоѓа само во соединенија (минерали).
Корунд: Al 2 O 3 - припаѓа на класата на едноставни оксиди, а понекогаш формира проѕирни скапоцени кристали - сафир и, со додавање на хром, рубин. Се акумулира во плацери.
Боксит: Al 2 O 3 *nH 2 O - седиментни алуминиумски руди. Содржи штетна нечистотија - SiO 2. Бокситот служи како важна суровина за производство на алуминиум, како и бои и абразиви.
Каолинит: Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O е минерал од слоевитата силикатна поткласа, главната компонента на белата, огноотпорната и порцеланската глина.
Современиот метод за производство на алуминиум е развиен независно од Американецот Чарлс Хол и Французинот Пол Херол. Се состои од растворање на алуминиум оксид Al 2 O 3 во топење на криолит Na 3 AlF 3 проследено со електролиза со помош на графитни електроди. Овој метод на производство бара многу електрична енергија и затоа стана популарен дури во 20 век. За производство на 1 тон алуминиум потребни се 1,9 тони алумина и 18 илјади kWh електрична енергија.

Физички својства:

Металот е сребрено-бел, лесен, густина 2,7 g/cm 3, точка на топење 660°C, точка на вриење 2500°C. Висока еластичност, валани во тенки листови, па дури и фолија. Алуминиумот има висока електрична и топлинска спроводливост и е многу рефлективен. Алуминиумот формира легури со речиси сите метали.

Хемиски својства:

Во нормални услови, алуминиумот е покриен со тенок и издржлив оксиден филм и затоа не реагира со класичните оксидирачки агенси: со H 2 O (t°); O 2, HNO 3 (без загревање). Благодарение на ова, алуминиумот практично не е подложен на корозија и затоа е широко баран во модерната индустрија. Меѓутоа, кога оксидната фолија е уништена (на пример, при контакт со раствори на соли на амониум NH 4 +, топли алкали или како резултат на соединување), алуминиумот делува како активен редуцирачки метал. Лесно реагира со едноставни материи: кислород, халогени: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Алуминиумот реагира со други неметали кога се загрева:
2Al + 3S = Al 2 S 3 2Al + N 2 = 2AlN
Алуминиумот може само да раствори водород, но не реагира со него.
Со сложени супстанции: алуминиумот реагира со алкалии (да формира тетрахидроксиалуминати):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
Лесно се раствора во разредена и концентрирана сулфурна киселина:
2Al + 3H 2 SO 4 (дил) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 2Al + 6H 2 SO 4 (конц) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Алуминиумот ги редуцира металите од нивните оксиди (алуминотермија): 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

Најважните врски:

Алуминиум оксид, Al 2 O 3: цврста, огноотпорна бела супстанција. Кристалниот Al 2 O 3 е хемиски пасивен, аморфниот е поактивен. Полека реагира со киселини и алкалии во растворот, покажувајќи амфотерични својства:
Al 2 O 3 + 6HCl (конк.) = 2AlCl 3 + ZH 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH (конк.) + 3H 2 O = 2Na
(NaAlO 2 се формира во алкално топење).
Алуминиум хидроксид, Al(OH) 3: бел аморфен (како гел) или кристален. Практично нерастворлив во вода. Кога се загрева, се распаѓа чекор по чекор. Покажува амфотерични, подеднакво изразени кисели и базни својства. Кога се спојува со NaOH, се формира NaAlO2. За да се добие талогот Al(OH) 3, алкалите обично не се користат (поради леснотијата на преминување на талогот во раствор), но делуваат на алуминиумските соли со раствор на амонијак - Al(OH) 3 се формира на собна температура.
Алуминиумски соли. Алуминиумските соли и силните киселини се многу растворливи во вода и подлежат на значителна хидролиза на катјони, создавајќи силно кисела средина во која металите како магнезиум и цинк се раствораат: Al 3+ + H 2 O = AlOH 2+ + H +
AlF 3 флуоридот и AlPO 4 ортофосфатот се нерастворливи во вода, а солите на многу слабите киселини, на пример H 2 CO 3, воопшто не се формираат со таложење од воден раствор.
Познати се двојни алуминиумски соли - стипсасостав MAl(SO 4) 2 *12H 2 O (M=Na +, K +, Rb +, Cs +, TI +, NH 4 +), најчест од нив е калиум стипса KAl(SO 4) 2 *12H 2 О.
Распуштањето на амфотерните хидроксиди во алкалните раствори се смета за процес на формирање хидроксо соли(хидрокси комплекси). Експериментално е докажано постоењето на хидроксокомплекси [Al(OH) 4 (H 2 O) 2] -, [Al(OH) 6] 3-, [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2-; од нив, првиот е најиздржлив. Координативниот број на алуминиум во овие комплекси е 6, т.е. алуминиумот е шесткоординиран.
Бинарни алуминиумски соединенијаСоединенијата со претежно ковалентни врски, на пример Al 2 S 3 сулфид и Al 4 C 3 карбид, целосно се распаѓаат со вода:
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

Апликација:

Широко се користи како градежен материјал. Главните предности на алуминиумот во овој квалитет се леснотија, податливост за печат, отпорност на корозија и висока топлинска спроводливост. Алуминиумот е важна компонента на многу легури (бакар - алуминиум бронза, магнезиум, итн.)
Се користи во електротехниката за производство на жици и нивно оклопување.
Алуминиумот е широко користен и во термичка опрема и во криогена технологија.
Високата рефлексивност, во комбинација со ниската цена и леснотијата на таложење, го прави алуминиумот идеален материјал за правење огледала.
Алуминиумот и неговите соединенија се користат во ракетната технологија како ракетно гориво. Во производството на градежни материјали како средство за формирање гас.

Алајаров Дамир
Државниот универзитет ХФ Тјумен, група 561.

ДЕФИНИЦИЈА

Алуминиум– хемиски елемент од 3-тиот период од групата IIIA. Сериски број – 13. Метал. Алуминиумот припаѓа на елементите на семејството p. Симбол – Ал.

Атомска маса - 27 аму. Електронската конфигурација на надворешното енергетско ниво е 3s 2 3p 1. Во неговите соединенија, алуминиумот покажува состојба на оксидација од „+3“.

Хемиски својства на алуминиум

Алуминиумот покажува редуцирачки својства во реакциите. Бидејќи на неговата површина се формира оксиден филм кога е изложен на воздух, тој е отпорен на интеракција со други супстанции. На пример, алуминиумот се пасивира во вода, концентрирана азотна киселина и раствор на калиум дихромат. Сепак, по отстранувањето на оксидниот филм од неговата површина, тој е во состојба да комуницира со едноставни супстанции. Повеќето реакции се јавуваат при загревање:

2Al прав +3/2O 2 = Al 2 O 3;

2Al + 3F 2 = 2AlF 3 (t);

2Al прав + 3Hal 2 = 2AlHal 3 (t = 25C);

2Al + N2 = 2AlN (t);

2Al +3S = Al 2 S 3 (t);

4Al + 3C графит = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, во атмосфера од H 2).

Исто така, по отстранувањето на оксидниот филм од неговата површина, алуминиумот може да комуницира со вода за да формира хидроксид:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2.

Алуминиумот покажува амфотерични својства, така што може да се раствори во разредени раствори на киселини и алкалии:

2Al + 3H2SO4 (разреден) = Al2 (SO4) 3 + 3H2;

2Al + 6HCl разреден = 2AlCl3 + 3 H2;

8Al + 30HNO3 (разреден) = 8Al(NO 3) 3 + 3N2O + 15H2O;

2Al +2NaOH +3H2O = 2Na + 3H2;

2Al + 2 (NaOH×H 2 O) = 2NaAlO 2 + 3 H 2.

Алуминотермијата е метод за производство на метали од нивните оксиди, базиран на редукција на овие метали со алуминиум:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;

2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr.

Физички својства на алуминиум

Алуминиумот е сребрено-бела боја. Главните физички својства на алуминиумот се леснотија, висока топлинска и електрична спроводливост. Во слободна состојба, кога е изложен на воздух, алуминиумот е покриен со издржлив филм од Al 2 O 3 оксид, што го прави отпорен на дејството на концентрирани киселини. Точка на топење - 660,37 C, точка на вриење - 2500 C.

Производство и употреба на алуминиум

Алуминиумот се произведува со електролиза на стопениот оксид на овој елемент:

2Al 2 O 3 = 4Al + 3O 2

Меѓутоа, поради нискиот принос на производот, почесто се користи методот на производство на алуминиум со електролиза на мешавина од Na 3 и Al 2 O 3. Реакцијата се јавува при загревање на 960C и во присуство на катализатори - флуориди (AlF 3, CaF 2 итн.), додека ослободувањето на алуминиум се случува на катодата, а кислородот се ослободува на анодата.

Алуминиумот најде широка примена во индустријата; легурите на база на алуминиум се главните структурни материјали во авионите и бродоградбата.

Примери за решавање проблеми

ПРИМЕР 1